바다에서 온실 가스를 제거하는 새로운 방법은 대기에서 온실 가스를 제거하 는 기존 시스템보다 훨씬 더 효율적일 수 있습니다. -- 사이언스데일리

이산화탄소가 지구 대기에 계속 축적됨에 따라 전 세계 연구팀은 대기에서 가스를 효율적으로 제거하는 방법을 찾기 위해 수년을 보냈습니다. 한편, 대기 중 이산화탄소의 세계 최고의 “흡수원”은 인간 활동에 의해 생성된 모든 가스의 약 30~40퍼센트를 흡수하는 바다입니다.

최근에는 해수에서 이산화탄소를 직접 제거하는 가능성이 CO 저감을 위한 또 다른 유망한 가능성으로 떠오르고 있습니다.₂ 배출, 잠재적으로 언젠가는 전체 순 마이너스 배출로 이어질 수도 있습니다. 그러나 공기 포집 시스템과 마찬가지로 이 아이디어는 아직 널리 사용되지는 않았지만 이 영역에 진입하려는 회사가 몇 개 있습니다.

이제 MIT의 연구팀은 진정으로 효율적이고 저렴한 제거 메커니즘의 핵심을 찾았을 것이라고 말합니다. 연구 결과는 이번 주 저널에 보고되었습니다. 에너지 및 환경 과학MIT 교수 T. Alan Hatton과 Kripa Varanasi, Postdoc Kim Seoni, 대학원생 Michael Nitzsche, Simon Rufer, Jack Lake의 논문에서.

해수에서 이산화탄소를 제거하는 기존 방법은 멤브레인 스택에 전압을 가하여 물 분해를 통해 공급 스트림을 산성화합니다. 이것은 물의 중탄산염을 CO 분자로 전환시킵니다.₂, 그런 다음 진공 상태에서 제거할 수 있습니다. Ralph Landau 화학 공학 교수인 Hatton은 멤브레인이 비싸고 스택의 양쪽 끝에서 전체 전극 반응을 구동하기 위해 화학 물질이 필요하므로 프로세스의 비용과 복잡성이 추가된다고 지적합니다. “우리는 양극 및 음극 반쪽 전지에 화학 물질을 도입할 필요성을 피하고 가능하면 멤브레인 사용을 피하고 싶었습니다.”라고 그는 말합니다.

연구팀은 멤브레인이 없는 전기화학 전지로 구성된 가역 과정을 고안했습니다. 반응성 전극은 세포에 공급되는 해수에 양성자를 방출하여 물에서 용해된 이산화탄소의 방출을 유도하는 데 사용됩니다. 이 과정은 순환적입니다. 먼저 물을 산성화하여 용해된 무기 중탄산염을 진공 상태에서 가스로 수집되는 분자 이산화탄소로 전환합니다. 그런 다음, 물은 역 전압으로 두 번째 셀 세트로 공급되어 양성자를 회수하고 산성수를 다시 알칼리성으로 바꾼 후 다시 바다로 방출합니다. 주기적으로 두 셀의 역할은 한 세트의 전극에서 양성자가 고갈되고(산성화 동안) 다른 전극이 알칼리화 동안 재생되면 반전됩니다.

이산화탄소를 제거하고 알칼리성 물을 다시 주입하면 적어도 국지적으로는 이산화탄소 축적으로 인한 바다의 산성화를 서서히 되돌리기 시작할 수 있으며, 이는 다시 산호초와 조개류를 위협한다고 바라나시 교수는 말합니다. 기계 공학. 알칼리성 물의 재주입은 생태계를 교란시킬 수 있는 알칼리도의 국지적 급등을 피하기 위해 분산된 배출구나 먼 바다를 통해 이루어질 수 있다고 그들은 말합니다.

바라나시는 “지구 전체의 배출량을 처리할 수는 없을 것”이라고 말했다. 그러나 물을 산성화하는 경향이 있는 양어장과 같은 장소에서 경우에 따라 재주입이 이루어질 수 있으므로 이러한 효과를 상쇄하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이산화탄소가 물에서 제거된 후에도 다른 탄소 제거 공정과 마찬가지로 폐기해야 합니다. 예를 들어, 그것은 해저 아래의 깊은 지층에 묻힐 수 있거나 운송 연료로 사용할 수 있는 에탄올과 같은 화합물 또는 기타 특수 화학 물질로 화학적으로 전환될 수 있습니다. “확실히 캡처된 CO 사용을 고려할 수 있습니다.₂ 그러나 모든 것을 공급 원료로 사용할 수는 없을 것입니다.”라고 Hatton은 말합니다. , 상당한 양의 포획된 CO₂ 지하에 묻혀야 합니다.”

적어도 처음에는 이러한 시스템을 담수화 플랜트와 같이 이미 해수를 처리하는 기존 또는 계획된 인프라와 결합하는 것이 아이디어입니다. “이 시스템은 확장 가능하여 이미 해수를 처리하거나 해수와 접촉하고 있는 기존 프로세스에 잠재적으로 통합할 수 있습니다.”라고 Varanasi는 말합니다. 그곳에서 이산화탄소 제거는 이미 막대한 양의 물을 바다로 되돌려 보내는 기존 공정에 간단한 추가 작업이 될 수 있으며 화학 첨가제나 멤브레인과 같은 소모품이 필요하지 않습니다.

“담수화 플랜트를 사용하면 이미 모든 물을 펌핑하고 있는데 그곳에 함께 배치하지 않는 이유는 무엇입니까?” 바라나시는 말한다. “물을 옮기는 방식과 관련된 많은 자본 비용과 허가, 이미 처리할 수 있는 모든 것.”

이 시스템은 전체 배출량에 대한 선박 교통의 상당한 기여를 완화하기 위해 이동하면서 물을 처리하는 선박에 의해 구현될 수도 있습니다. 선박 배출량을 낮추기 위한 국제적 의무가 이미 있으며 “이는 선박 회사가 배출량의 일부를 상쇄하고 선박을 해양 세정기로 전환하는 데 도움이 될 수 있습니다”라고 Varanasi는 말합니다.

이 시스템은 해양 시추 플랫폼이나 양식장과 같은 위치에서도 구현될 수 있습니다. 궁극적으로 전 세계적으로 분산된 독립형 탄소 제거 플랜트의 배치로 이어질 수 있습니다.

이 과정은 공기 포집 시스템보다 더 효율적일 수 있다고 Hatton은 말합니다. 바닷물의 이산화탄소 농도가 공기보다 100배 이상 높기 때문입니다. 직접 공기 포집 시스템에서는 가스를 회수하기 전에 먼저 가스를 포집하고 농축하는 것이 필요합니다. “그러나 바다는 큰 탄소 흡수원이므로 포집 단계는 이미 완료되었습니다.”라고 그는 말합니다. “포획 단계는 없고 릴리스만 있습니다.” 즉, 처리해야 하는 재료의 양이 훨씬 적어 잠재적으로 전체 프로세스를 단순화하고 설치 공간 요구 사항을 줄일 수 있습니다.

물에서 분리된 이산화탄소를 제거하기 위해 진공이 필요한 현재 단계에 대한 대안을 찾는 것이 하나의 목표로 연구가 계속되고 있습니다. 또 다른 필요성은 보고된 모든 접근법에서 전반적인 효율성을 감소시키는 고유한 문제인 알칼리화 셀의 전극을 오염시킬 수 있는 미네랄의 침전을 방지하기 위한 운영 전략을 식별하는 것입니다. Hatton은 이러한 문제에 대해 상당한 진전이 있었지만 보고하기에는 아직 이르다고 지적합니다. 팀은 시스템이 약 2년 이내에 실제 데모 프로젝트를 위해 준비될 수 있을 것으로 기대합니다.

바라나시는 “이산화탄소 문제는 우리 삶과 존재의 결정적인 문제”라고 말했다. “분명히, 우리는 우리가 얻을 수 있는 모든 도움이 필요합니다.”

작업은 ARPA-E에 의해 지원되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/02/230216172243.htm